Строение мицелл в лиофильных коллоидах

К лиофильным коллоидным растворам относятся растворы поверхностно-активных веществ (ПАВ) и высокомолекулярных соединений (ВМС) в тех растворителях, где они хорошо растворимы. Наибольшее значение имеют водные коллоидные растворы водорастворимых ПАВ и ВМС (в том числе белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов, смешанных биополимеров).

При малых концентрациях дифильных молекул ПАВ в воде они образуют истинный раствор, причем молекулы ПАВ сосредоточены в основном в поверхностном слое, образуя мономолекулярный слой. Это приводит к резкому снижению поверхностного натяжения раствора при увеличении его концентрации вплоть до определенного значения, называемого критической концентрацией мицеллообразования (ККМ). При еще более высокой концентрации молекулы ПАВ и ВМС взаимодействуют между собой, объединяясь в стойкие ассоциаты - мицеллы. При этом образуется лиофильный коллоидный раствор.

Для неионогенных ПАВ величина ККМ составляет 10^-5 - 10^-4 моль/л, для ионогенных - 10^-3 - 10^-2 моль/л.

s

ККМ С(ПАВ)

истинные лиофильные коллоидные

растворы растворы

Рис.25. Критическая концентрация мицеллообразования ПАВ.

При образовании коллоидных частиц молекулы ПАВ ориентируются так, чтобы поверхность мицеллы по полярности была близка дисперсионной среде. В полярной дисперсионной среде (вода) поверхность мицеллы образована полярными группами, а ядро - гидрофобными фрагментами молекул ПАВ. В неполярной дисперсионной среде (масло) ядро мицеллы формируется из полярных групп, а ее поверхность - из гидрофобных фрагментов молекулы ПАВ.

При концентрациях ПАВ ниже ККМ на границе раздела между водным раствором и неполярной средой образуется монослой из молекул ПАВ. При концентрациях, превышающих ККМ, в растворе возникают сферические мицеллы. При дальнейшем увеличении концентрации сферические мицеллы превращаются в эллипсоидные, а затем - в цилиндрические, которые могут далее образовывать упорядоченные гексагональные структуры. Кроме объемных структур, при высоких концентрациях ПАВ образуются плоские - пластинчатые или дискообразные мицеллы, также способные далее объединяться в упорядоченные объемные структуры.

Среди ПАВ, содержащихся в живом организме, следует отметить фосфолипиды, склонные к образованию пластинчатых мицелл. При встряхивании или перемешивании таких коллоидных растворов возникают замкнутые бислойные микрокапсулы (полости), внутри которых содержится вода - липосомы. Поскольку липосомы близки по свойствам клеткам живых тканей, с их помощью удобно водить лекарственные средства в организм больного; этот метод получил название микрокапсулирования.

При дальнейшем увеличении концентрации ПАВ увеличение размера мицелл и их агрегирование приводит к образованию связнодисперсной системы - возникает сплошная гелеобразная структура из мицелл.

Таким образом, изменяя концентрацию или температуру, можно вызвать обратимые переходы в цепочке:

Истинный раствор ⇄ Коллоидный раствор ⇄ Гель

(молекулярный) (мицеллярный) (связнодисперсная

система)

Образование мицелл в водных растворах ВМС подчиняется тем же закономерностям, что и в растворах ПАВ.